Es wird ein zweidimensionales Berechnungsverfahren für ebene und axialsymmetrische Düsen vorgestellt. Hierbei werden sowohl Unterschall- als auch Über- und Hyperschallströmungen in Betracht gezogen. Für Flugsysteme mit luftatmenden Antriebssystemen, die sich mit diesen Machzahlen fortbewegen, stellt die Wärmebelastung der Düse ein großes Problem dar. Es treten Temperaturen von bis zu 3500 K am Düseneintritt auf. Die starke Expansion führt in Verbindung mit der Temperatur zu einer extrem unterschiedlichen Wärmebelastung der Struktur im Strömungsverlauf. Zur Zeit existieren keine Werkstoffe, die diesen Temperaturen im operationellen Einsatz auf Dauer standhalten können, was aktive Kühlungsmaßnahmen an der Düse erforderlich macht. Für deren Auslegung ist eine möglichst genaue Kenntnis der zu erwartenden thermischen Belastung erforderlich. Mit dem gekoppelten Grenzschicht-Eulerverfahren zur Berechnung kompressibler Düsenströmungen bei hohen Temperaturen können insbesondere die Eigenschaften der festen Berandung (katalytisch, nicht katalytisch, Wandtemperatur, Wandwärmestrom, Festkörperstrahlung) detailliert untersucht werden. Das Grenzschichtverfahren verwendet Netze mit variabler Schrittweite in Wandnormalenrichtung. Für die Netzgenerierung ist ein Verfahren entwickelt worden, das eine lösungsadaptive Schrittweitensteuerung in Strömungsrichtung ermöglicht. Hiermit kann die Gitterpunktdichte auf die für das Erreichen netzunabhängiger Lösungen erforderliche Anzahl reduziert werden und lokale Strömungsparameter, wie Druck- oder Temperaturgradienten am Außenrand oder der festen Berandung, können genauer erfaßt werden. Das Eulerverfahren löst die zweidimensionalen Eulergleichungen auf unstrukturierten Dreiecksnetzen, die sich besonders für die Adaption des Netzes an lokale Strömungsphänomene wie z.B. Stöße im Strömungsfeld eignen. Die Kopplung der beiden Lösungsverfahren erfolgt über den Informationsaustausch mittels der Verdrängungsdicke der Grenzschicht. Die neuen Koordinaten werden hierbei automatisch generiert und dem Eulerverfahren zur Verfügung gestellt. Die beiden Verfahren laufen wiederholt in sequentieller Reihenfolge ab, bis eine geforderte Genauigkeit erreicht wird.
Simulation der Wärmebelastung thermisch hochbelasteter Düsen
1998
140 Seiten, Bilder, Tabellen, 110 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
Strukturmechanische Optimierung thermisch hochbelasteter keramischer Gasturbinenkomponenten
GWLB - Gottfried Wilhelm Leibniz Bibliothek | 1998
|British Library Conference Proceedings | 1994
|Wärmebelastung und Fahrverhalten
Tema Archiv | 1999
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